轧机中各辊止推轴承结构的分析

艾 晶

(中冶南方工程技术有限公司技术研究院 湖北武汉430223)

轧机中各辊止推轴承结构的分析

艾 晶①

(中冶南方工程技术有限公司技术研究院 湖北武汉430223)

介绍了轧机中支撑辊和工作辊的几种止推轴承结构，分析了其中一些安装间隙的意义，介绍了止推轴承的轴向力传递情况，对各辊止推轴承结构的设计及现场轴承因轴向力损坏的情况有一定的参考价值。

板带轧机 支撑辊 工作辊 止推轴承

在现场实际生产中，很多板带轧机因轧辊轴向力过大，造成辊子的轴向固定零件变形，甚至辊子中止推轴承的烧损，影响了轧机的正常生产。而形成轴向力的原因较多，主要有轧辊轴线的交叉、非对称轧制、传动系统的影响以及轧件咬入及抛出时的轴向冲击等，生产中实时调整和控制的难度较大。目前，对轧辊轴向力的理论计算还没有十分可靠的方法，一般按经验选取冷轧机辊子轴向力为轧制力的1%～3%，但在现场操作中发现轴向力要比经验值大的多，因此各个辊子的止推轴承的设计就尤为重要。本文从轧机各辊止推轴承的结构设计着手，重点介绍其受力情况及其中一些安装间隙的意义。

1 支撑辊的止推轴承的结构

在轧机的支撑辊轴承的设计上，一般在操作侧和传动侧设置四列圆柱滚子轴承来承受纵向的轧制力，不让其承受轴向力，而设置双列圆锥滚子轴承作为止推轴承来承受轴向力，不让其承受轧制力。在止推轴承的设计上一般有两种结构形式，一种是只在操作侧设置止推轴承，在此称之为单侧止推轴承结构，另一种是在操作侧和传动侧均设置，在此称之为双侧止推轴承结构。

1.1 单侧止推轴承结构

单侧止推轴承结构其操作侧的结构如图1所示。

在图1中，操作侧四列圆柱滚子轴承的外圈由操作侧轴承座和止推轴承座固定，采用垫片组来调整外圈的顶紧程度，内圈紧配合到支撑辊辊轴上，内圈的一侧与支撑辊辊环之间存在轴向“间隙a”，正是 “间隙a”使支撑辊在挠曲变形时辊环不会顶紧轴承内圈使其轴向窜动，更不会将轴向力传递给轴承内圈，传动侧结构与此类同。轴承内圈的另一侧被操作侧压盖顶紧，此时压盖与支撑辊辊轴的端面之间有轴向“间隙b”。而在传动侧，传动侧压盖与支撑辊辊轴端面顶紧，与轴承内圈存在轴向间隙，即传动侧四列圆柱滚子轴承的内圈两侧均不顶紧，则其内圈不传递也不承受轴向力。

图1 单侧止推轴承的结构

1-支撑辊; 2-辊环; 3-操作侧四列圆柱滚子轴承; 4-操作侧轴承座; 5-止推轴承座; 6-操作侧压盖; 7-双列圆锥滚子轴承; 8-外套环; 9-保持环; 10-操作侧端盖; 11-内套环; 12-调节螺母; 13-锁紧环

单侧止推轴承结构只在支撑辊的操作侧设置止推轴承，作为止推轴承的双列圆锥滚子轴承接触角锥度较大，应用于轴向负荷比径向负荷大或只有轴向负荷的情况。在图1中，外套环和保持环用螺栓连接在一起，将双列圆锥滚子轴承的两个外圈固定，外圈之间没有垫圈，在两个外圈与外套环和保持环之间加装弹簧来预紧轴承，且保持环与外圈端面之间存在轴向“间隙d”，以保证弹簧与外圈的接触及适应轴承的宽度偏差。轴承外圈与外套环之间存在径向“间隙e”，此间隙考虑了轴承的配合间隙和轴承游隙的调整。外套环与止推轴承座之间存在径向“间隙c”，用键来防止相对转动，这样，止推轴承在承受轴向力时的径向分力就不会传递给止推轴承座。在操作侧端盖与止推轴承座之间设置垫片组，通过调整此垫片组来保证操作侧端盖与保持环之间保留轴向“间隙f”，此间隙满足了安装要求。双列圆锥滚子轴承的内圈间隙配合到内套环上，两者之间用键来传递扭矩，内套环的一端与操作侧压盖用螺栓固定在一起，并夹紧轴承内圈。内套环的另一侧有外螺纹，与调节螺母的内螺纹相配合，调节螺母的另一端顶紧锁紧环，锁紧环顶紧支撑辊辊径凹槽的一个端面，与凹槽的另一个端面存在轴向“间隙g”。当将调节螺母向锁紧环方向拧动时，内套环、双列圆锥滚子轴承、操作侧压盖、外套环及保持环的整体会一起向四列圆柱滚子轴承方向移动，直至操作侧压盖顶紧四列圆柱滚子轴承的内圈，“间隙f”和“间隙d”均为此轴向移动留出空间。内套环和锁紧环与支撑辊辊径之间用键联接保证同步转动。

只有操作侧轴承座与机架之间有支撑辊轴向锁紧装置以限制支撑辊的轴向移动，因此，当支撑辊产生由操作侧指向传动侧的轴向力时，轴向力依次经锁紧环、调节螺母及内套环传递给止推轴承的内圈，再由止推轴承的外圈依次经外套环、止推轴承座、操作侧轴承座、支撑辊轴向锁紧装置传递给机架。而当支撑辊产生由传动侧指向操作侧的轴向力时，轴向力要经过与辊径紧配合的操作侧四列圆柱滚子轴承的内圈及操作侧压盖传递给止推轴承的内圈，再由止推轴承的外圈依次经保持环、操作侧端盖、止推轴承座、操作侧轴承座、支撑辊轴向锁紧装置传递给机架。

可以看到，单侧止推轴承结构通过其操作侧的止推轴承来承受双向的轴向力，但在传递由传动侧指向操作侧的轴向力时可能会产生一个弊端，即当轴向力较大时，可能会破坏四列圆柱滚子轴承的内圈与支撑辊辊轴的紧配合，导致轴承内圈轴向窜动，同时可以看到，这种结构在止推轴承的安装上比较复杂，需要调整之处较多。

1.2 双侧止推轴承结构

双侧止推轴承结构其操作侧的结构如图2所示。

在图2中，操作侧四列圆柱滚子轴承的外圈由固定在端盖(一)上的定距环和止推轴承座来固定，采用修磨定距环端面的方式来调整轴承外圈的顶紧程度，内圈紧配合到支撑辊辊轴上，内圈的一侧与辊环之间没有间隙，而内圈的另一侧与压盖(一)之间存在轴向“间隙h”，压盖(一)顶紧辊轴端面且用螺栓固定，“间隙h”的存在使轴向力不会传递给轴承内圈，传动侧结构与此类同。

双侧止推轴承结构即在操作侧和传动侧均设置双列圆锥滚子轴承，其轴承内圈间隙配合到辊轴上，内圈的一侧顶紧辊轴轴肩，另一侧用固定在辊轴端面上的压盖(二)顶紧，压盖(二)与内圈之间用键来保证两者与轴的同步转动。止推轴承座和端盖(二)用螺栓固定在一起，将双列圆锥滚子轴承的两个外圈固定，外圈之间没有垫圈，在两个外圈与止推轴承座和端盖(二)之间加装弹簧来预紧轴承，且端盖(二)与外圈端面之间存在轴向“间隙i” 以保证弹簧与外圈的接触及适应轴承的宽度偏差，通过调整止推轴承座与端盖(二)之间的垫片组来保证此间隙。同时，双列圆锥滚子轴承的外圈与止推轴承座之间存在径向“间隙j”，此间隙既保证了轴承的安装，又使止推轴承承受轴向力时的径向分力不会传递给止推轴承座。传动侧的结构与此类同。

图2 双侧止推轴承结构(操作侧)

1-支撑辊; 2-辊环; 3-端盖(一); 4-定距环; 5-操作侧四列圆柱滚子轴承; 6-操作侧轴承座; 7-压盖(一); 8-止推轴承座; 9-操作侧双列圆锥滚子轴承; 10-压盖(二); 11-端盖(二)

只有操作侧轴承座与机架之间有支撑辊轴向锁紧装置以限制支撑辊的轴向移动，因此，当支撑辊产生由操作侧指向传动侧的轴向力时，轴向力由辊轴经压盖(二)传递给操作侧止推轴承的内圈，再由止推轴承的外圈依次经止推轴承座、操作侧轴承座、支撑辊轴向锁紧装置传递给机架。当支撑辊产生由传动侧指向操作侧的轴向力时，轴向力由辊轴直接传递给操作侧止推轴承的内圈，再由止推轴承的外圈依次经端盖(二)、止推轴承座、操作侧轴承座、支撑辊轴向锁紧装置传递给机架。对于传动侧的止推轴承，可以将轴向力传递给传动侧轴承座，依靠轴承座衬板与机架的摩擦力可以抵消极小部分的轴向力，在此忽略不计。

可以看到，双侧止推轴承结构中轴承的安装和调整都相对简单，由操作侧的止推轴承来传递轴向力，操作侧和传动侧止推轴承的另一个作用是将两侧轴承座在支撑辊上轴向定位，当轴向力较大时，操作侧的止推轴承更容易损坏。

2 工作辊的轴承的结构

轧机的工作辊和中间辊在止推轴承的设计上有相似之处，在此以工作辊为例来进行介绍，工作辊的轴承结构如图3所示。

图3 电镀段和化学处理段导电辊的结构

1-传动侧锁紧环; 2-传动侧内套环; 3-传动侧四列圆锥滚子轴承; 4-传动侧轴承座; 5-传动侧辊环; 6-传动侧端盖; 7-工作辊; 8-操作侧端盖(一); 9-操作侧辊环; 10-操作侧四列圆锥滚子轴承; 11-操作侧轴承座; 12-双列圆锥滚子轴承; 13-操作侧内套环; 14-操作侧端盖(二); 15-操作侧锁紧环

从图3可以看到，在操作侧和传动侧均设有四列圆锥滚子轴承，用以承受工作辊的弯辊力、平衡力或部分轴向力，在操作侧的四列圆锥滚子轴承之外还设有接触角锥度较大的双列圆锥滚子轴承来承受轴向力，这种结构在此称之为带止推轴承的工作辊结构。还有一种结构取消了双列圆锥滚子轴承，在传动侧结构不变的情况下，其操作侧的结构与图3中的传动侧的结构类似，在此称之为不带止推轴承的工作辊结构。

2.1 带止推轴承的工作辊结构

在带止推轴承的工作辊结构中，传动侧四列圆锥滚子轴承的外圈由传动侧轴承座和传动侧端盖固定，应用垫片组来调整轴承外圈的顶紧程度，轴承内圈松配合在工作辊辊轴上，内圈的一侧紧贴传动侧辊环，另一侧由传动侧内套环顶住，内套环的另一个端面与传动侧锁紧环之间保留轴向“间隙n”，以适应轴承的宽度偏差、安装调整及游隙的要求。操作侧四列圆锥滚子轴承的外圈由操作侧轴承座和操作侧端盖(一)固定，应用垫片组来调整轴承外圈的顶紧程度，轴承内圈松配合在辊轴上，内圈的一侧与操作侧辊环之间保留轴向“间隙o”，另一侧也没有任何零件将其顶紧，即操作侧四列圆锥滚子轴承不承受轴向力。

在止推轴承处，操作侧轴承座和操作侧端盖(二)用螺栓联接在一起，将双列圆锥滚子轴承的两个外圈固定，外圈之间没有垫圈，在两个外圈与操作侧轴承座和操作侧端盖(二)之间加装弹簧来预紧轴承，且通过调整操作侧轴承座与操作侧端盖(二)之间的垫片组来保证操作侧端盖(二)与轴承外圈之间的轴向“间隙p”，以保证弹簧与外圈的接触及适应轴承的宽度偏差。止推轴承的外圈与操作侧轴承座之间存在径向“间隙q”，既保证了轴承的安装，又使止推轴承在承受轴向力时的径向分力不会传递给操作侧轴承座。止推轴承的内圈间隙配合到辊轴上，内圈的一侧顶紧辊轴轴肩，另一侧用操作侧内套环顶住，操作侧内套环的另一个端面与操作侧锁紧环之间保留轴向“间隙r”，以适应轴承的宽度偏差、安装调整及游隙的要求。止推轴承内圈、操作侧内套环和操作侧锁紧环与辊轴之间用键联接来保证同步转动。

只在操作侧轴承座与机架之间有工作辊轴向锁紧装置以限制工作辊的轴向移动，因此，当工作辊产生由操作侧指向传动侧的轴向力时，轴向力依次经操作侧锁紧环、操作侧内套环传递给止推轴承的内圈，再由止推轴承的外圈依次经操作侧轴承座、工作辊轴向锁紧装置传递给机架。当工作辊产生由传动侧指向操作侧的轴向力时，轴向力由辊轴直接传递给止推轴承的内圈，再由止推轴承的外圈依次经操作侧端盖(二)、操作侧轴承座、工作辊轴向锁紧装置传递给机架。

可以看到，带止推轴承的工作辊结构通过加装的止推轴承来承受双向的轴向力。一般来说，辊子的轴向锁紧装置在哪一侧，则止推轴承就加装在哪一侧，如有的中间辊的轴向锁紧装置在传动侧，则中间辊加装的止推轴承就装在传动侧轴承座内。2.2 不带止推轴承的工作辊结构

对于不带止推轴承的工作辊，其操作侧的四列圆锥滚子轴承的安装与传动侧类似，即轴承的外圈由操作侧轴承座和操作侧端盖(一)固定，由垫片组来调整轴承外圈的顶紧。轴承内圈的一侧与操作侧辊环顶紧，另一侧由操作侧内套环顶住，内套环的另一侧与操作侧锁紧环之间同样保留轴向“间隙n”，以适应轴承的宽度偏差、安装调整及游隙的要求。

这样，当工作辊产生由操作侧指向传动侧的轴向力时，轴向力依次经操作侧锁紧环、操作侧内套环传递给操作侧四列圆锥滚子轴承的内圈，再由外圈依次经操作侧端盖、操作侧轴承座、工作辊轴向锁紧装置传递给机架。当支撑辊产生由传动侧指向操作侧的轴向力时，轴向力由辊轴直接传递给操作侧四列圆锥滚子轴承的内圈，再由外圈依次经操作侧轴承座、工作辊轴向锁紧装置传递给机架。

可以看到，主要还是操作侧的四列圆锥滚子轴承传递轴向力，再加上其还要承受弯辊力等径向力，因此在轴向力较大的情况下，操作侧的四列圆锥滚子轴承较容易损坏。

3 结论

介绍了轧机中支撑辊和工作辊的几种止推轴承结构，分析了其中一些安装间隙的意义，介绍了止推轴承的轴向力传递情况，对各辊止推轴承结构的设计及现场轴承因轴向力损坏的情况有一定的参考价值。

[1]周纪华等.四辊轧机支撑辊止推轴承烧损原因测试[J].北京科技大学学报，1995(5)：444-450.

[2]高永生等.四辊轧机辊系轴向力的实验[J].北京科技大学学报，1995(1)：59-63.

[3]李友荣等.四辊轧机轴向力研究[J].重型机械，2001(4)：8-10.

[4]龙从伟等.四辊轧机轧辊窜动问题探讨及解决方案[J].武钢技术，2011(2)：50-53.

Analysis on the Configurations of Roll Thrust Bearing in Strip Mill

Ai Jing

(WISDRI Engineering & Research Co., Ltd., Wuhan 430223)

This paper introduces several configurations of thrust bearing of backup roll and work roll in strip mill, analyzes the purports of some assemble gaps, introduces the transmission of the axial force by thrust bearing, and presents references in the design of roll thrust bearing and the actual site situations of bearing damages because of the axial force.

Strip mill Backup roll Work roll Thrust bearing

艾晶，女，1978年出生，2007年毕业于东北大学机械设计及理论专业，硕士，高级工程师，主要研究方向：冷轧带钢处理线的研究和设计

TG333.15

B

10.3969/j.issn.1001-1269.2014.06.011

2014-07-25)